CC BY
81
УДК 55:550.3 С.Г. Бычков, А.С. Долгаль Горный институт УрО РАН, Пермь П.В. Кирплюк
Норильский филиал ВСЕГЕИ, Норильск В.М. Новоселицкий, Г.В. Простолупов Горный институт УрО РАН, Пермь
ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ГРАВИТАЦИОННОГО ПОЛЯ ПОПИГАЙСКОЙ АСТРОБЛЕМЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЕКТОРНОГО СКАНИРОВАНИЯ
В настоящее время широкое распространение приобретают методы томографической интепретации геопотенциальных полей, базирующиеся на различных алгоритмах псевдоинверсии поля, позволяющие (при известных теоретических ограничениях) получать приближенную объемную картину распределения физических неоднородностей в изучаемом объеме
геологической среды. К числу таких методов относится технология векторного сканирования, разработанная в Горном институте УрО РАН. В данной статье приведена краткая характеристика этой технологии и представлены результаты ее применения при интерпретации
гравитационного поля Попигайской астроблемы.
Попигайская астроблема находится в пределах северо-восточной окраины Анабарского щита Сибирской платформы и имеет диаметр около 100 км. Астроблема образовалась в конце эоцена в результате падения крупного космического тела.
Геологический разрез района имеет двухярусное строение:
докембрийский кристаллический фундамент перекрывается платформенным чехлом верхнепротерозойско-мезозойского возраста, представленным преимущественно карбонатными и терригенными породами, прорванными раннемезозойскими интрузиями основного состава. Внутри самого кратера широко развиты коптогенные образования - импактные брекчии и импактиты. Коптогенные образования образуют сложнопостроенную систему субгоризонтальных линзовидных тел и обычно залегают на частично раздробленных образованиях фундамента и осадочного чехла. Их мощность в центральной части структуры составляет около 2 км. Достаточно широко развиты рыхлые плиоцен-четвертичные и четвертичные отложения (рис. 1).
Попигайская астроблема представляет собой сложную многокольцевую структуру, включающую в себя центральное поднятие (диаметр 10-15 км), внутренний кольцевой желоб (диаметр 20-25 км); кольцевое поднятие (диаметр около 45 км), внешний кольцевой желоб (диаметр 55-60 км), внешнюю пологую воронку [1]. Все эти структуры находят достаточно отчетливое отражение в наблюденном гравитационном поле исследуемой территории (рис. 2). В первую очередь это обусловлено значительной отрицательной аномальной плотностью брекчий и импактитов по отношению
-5
к породам мишени, достигающей 0.3-0.5 г/см по модулю.
Рис. 1. Схематическая геологическая карта Попигайской астроблемы (по В.Л.
Масайтису и др., [1])
1 - кристаллические породы архея; 2 - осадочные породы верхнего протерозоя и нижнего палеозоя; 3 - осадочные, вулканогенно-осадочные и изверженные породы верхнего палеозоя и мезозоя; 4 - тагамиты; 5 - зювиты; 6 - коптокластиты; 7 - аллогенные брекчии; 8 - ось кольцевого поднятия; 9 - надвиги и сбросы; 10 - разломы не установленной морфологии; 11 - геометрический центр астроблемы
Рис. 2. Гравитационное поле Попигайской астроблемы
В результате ударных преобразований и плавления горных пород внутри астроблемы образовались поликристаллические алмазы, являющиеся продуктами преобразования графита, содержащегося в материнских гнейсах и плагиогнейсах. Основными алмазоносными породами являются тагамиты и зювиты, распределение алмазов по территории характеризуется как концентрически-зональной, так и азимутальной неоднородностью, с превышением содержаний над фоновыми в пределах локальных участков в 2 -7 раз и более [1, 2].
Гравитационное поле площади около 25000 кв. км, включающей в себя Попигайскую астроблему, интерпретировалось с использованием векторного сканирования, реализованного в компьютерной технологии «ВЕКТОР». Основы метода заложены в начале 80-х годов прошлого столетия [3] при доказательстве устойчивости вычисления горизонтальных векторов в треугольном полигоне и возможности их усреднения в скользящем окне различных размеров с учетом направления вектора градиента поля.
Усреднение градиентов в скользящем окне с учетом направления вектора позволяет разделить поле на локальную и региональную составляющие, последующее интегрирование которых дает восстановленное поле.
Результаты векторной обработки гравиметрических данных могут быть представлены в следующем виде [4, 5]:
1. Карты векторов градиента аномалий силы тяжести (аномальная и региональная составляющие) при различных значениях коэффициента трансформации (окна сканирования);
2. Карты модулей векторов градиента аномалий силы тяжести (аномальная и региональная составляющие);
3. Карты восстановленного из градиентов поля аномалий силы тяжести (аномальная и региональная составляющие).
Эти карты представляют собой гравитационный эффект слоя пород от земной поверхности до некоторой эффективной глубины Иэфф, определяемой коэффициентом трансформации k (размером окна сканирования), т.е. это влияние слоя выше Иэфф для аномальной составляющей и ниже Иэфф для региональной.
Эффект подавления поля глубинных источников при векторном сканировании объясняется различным характером убывания на бесконечности самого поля и его градиента. Поскольку градиент убывает значительно быстрее, а усреднение в скользящем окне производится с учетом направления вектора градиента, то при интегрировании на большой площади (при больших коэффициентах ki) приповерхностные источники подавляются значительно сильнее, чем при обычном усреднении поля.
В системе VECTOR реализовано также вычисление разностных
составляющих интерпретируемого поля. После решения задачи выделения
1 2
поля от двух полупространств, находящихся ниже глубин h эфф и h эфф, становится возможным выделить гравитационный эффект от источников, локализованных в горизонтальном слое между этими глубинами. Глубина кровли и подошвы слоя (а значит толщина слоя) определяются двумя
коэффициентами трансформации. В результате могут быть построены соответствующие разностные карты.
Принципиально новый способ представления результатов наземной гравиметрической и магнитной съемок - трехмерные диаграммы поля. Они могут быть построены как на базе карт модулей градиентов и карт восстановленного из градиентов поля - трехмерные интегральные диаграммы гравитационного поля, так и на базе карт разностей модулей градиентов и карт разностей восстановленного поля - трехмерные разностные диаграммы гравитационного поля. Последние можно считать диаграммами распределения квазиплотности (квазинамагниченности) геологической среды. Анализ 3D-диаграмм полей и их произвольных горизонтальных и вертикальных срезов позволяет локализовать в пространстве источники аномалий. Трехмерные разностные диаграммы, наряду с картами разностного поля, являются основным материалом для изучения геологического строения территорий.
В результате томографической интерпретации гравитационного поля Попигайской астроблемы получена объемная картина распределения полусферических зон, отвечающих основным морфоструктурным элементам астроблемы (рис. 3). Сам характер зональности, отражает, в первую очередь, поведение затухающей ударной волны и вторичные процессы перемещения и аккумуляции вещества преобразованных горных пород мишени.
Пространственное распределение квазиплотностных неоднородностей, отраженное на 3D-диаграммах и горизонтальных срезах, подтверждает ранее сделанный В.Л. Масайтисом и др. вывод о косом направлении удара космического тела, траектория которого имела юго-западное направление [1].
Рис. 3. Горизонтальные и вертикальные срезы гравитационного поля
Попигайской астроблемы
Кроме того, на различных глубинах от дневной поверхности в пределах различных морфоструктурных зон прослеживаются внутренние неоднородности, предположительно связанные с изменением литологического состава горных пород. Следует акцентировать внимание на том, что в результатах векторного сканирования отчетливо прослеживается замыкание на глубине всех выделяемых у поверхности Земли кольцевых зон, т.е. подтверждается их полусферическая форма.
В целом отмечается корреляция локальных гравитационных аномалий отрицательного знака с областями, где импактные брекчии и импактиты имеют максимальную мощность. Эти аномалии тяготеют к желобообразным кольцевым зонам и отдельным радиальным желобам.
Положительные локальные гравитационные аномалии отмечаются, преимущественно, над участками, где кристаллические породы истинного дна находятся на сравнительно небольших глубинах от дневной поверхности.
При дальнейших исследованиях Попигайской астроблемы представляется целесообразным выполнение высокоточной гравиметрической съемки масштаба 1:50 000, с последующей интерпретацией материалов методом векторного сканирования. Эти материалы могут быть использованы для решения геологических задач не только геокартировочного, но и прогнознопоискового характера.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Алмазоносные импакты Попигайской астроблемы / В.Л. Масайтис, А.И. Райхлин и др. СПб.: ВСЕГЕИ, 1998, 179 с.
2. Масайтис В.Л., Симонов О.Н. Уникальные месторождения технических адлмазов Попигайского района.// //Минеральные ресурсы Таймырского автономного округа и перспективы их освоения. Материалы научно-практической конференции 25-28 октября 2004 г. ВСЕГЕИ, Санкт-Петербург. С. 156-161.
3. Бычков С.Г., Новоселицкий В.М., Простолупов Г.В., Щербинина Г.П. Объемная интерпрета ция геопотенциальных полей в системе «VECTOR» / Минеральные ресурсы Таймырского автономного округа и перспективы их освоения. Материалы научнопрактической конференции, С.Петербург, ВСЕГЕИ, 2004, с. 29-32
4. Новоселицкий В.М., Маргулис А.С., Чадаев М.С. Использование гравиметрической градиентной съемки для локализации плотностных неоднородностей / Геофизические работы при региональных и геологосъемочных исследованиях на Урале. Свердловск, 1989. С. 33-35.
5. Новоселицкий В.М., Простолупов Г.В. Векторная обработка гравиметрических наблюдений с целью обнаружения и локализации источников аномалий // Геофизика и математика. М.: ИОФЗ РАН, 1999. С. 104-107.
© С.Г. Бычков, А.С. Долгаль, П.В. Кирплюк, В.М. Новоселицкий, Г.В. Простолупов, 2005
